1परिचय
यूएवी विकास के प्रारंभिक चरण में, आरएंडडी मुख्य रूप से वायुगतिकीय संरचना और यांत्रिक प्रदर्शन पर केंद्रित था, स्थिर, तेज और उच्च ऊंचाई उड़ान क्षमताओं का पीछा कर रहा था।चिप्स के तेजी से पुनरावृत्ति के साथ, कृत्रिम बुद्धिमत्ता और बिग डेटा प्रौद्योगिकियों, यूएवी ने बुद्धिमत्ता, टर्मिनलाइजेशन और क्लस्टर ऑपरेशन की ओर विकसित किया है।इलेक्ट्रॉनिक सूचना और सूक्ष्म इलेक्ट्रॉनिक्स प्रौद्योगिकी के हस्तक्षेप ने यूएवी अनुप्रयोग की सीमा को काफी कम कर दिया है, नागरिक उपभोक्ताओं को सरल संचालन के साथ स्थिर उड़ान प्राप्त करने में सक्षम बनाता है।
निस्संदेह, उड़ान नियंत्रण प्रौद्योगिकी का तेजी से उन्नयन पिछले एक दशक में यूएवी के व्यापक प्रचार और प्रदर्शन में छलांग लगाने के लिए मुख्य प्रेरक शक्ति है।
2फ्लाइट कंट्रोल सिस्टम क्या है?
फ्लाइट कंट्रोल सिस्टम (एफसीएस) कोयूएवी का मस्तिष्कयह विमान की स्थिति की वास्तविक समय धारणा, डेटा गणना, तार्किक निर्णय और निर्देश आउटपुट सहित मुख्य कार्य करता है।
मल्टी-रोटर यूएवी की उड़ान, होवर, रुख परिवर्तन और प्रक्षेपवक्र समायोजन सभी एक एकीकृत तर्क का पालन करते हैंःविभिन्न सेंसर वास्तविक समय में स्थिति और स्थिति डेटा एकत्र करते हैं और उन्हें उड़ान नियंत्रक को भेजते हैंउच्च आवृत्ति संचालन और विश्लेषण के बाद, उड़ान नियंत्रक मोटर गति को समायोजित करने और स्थिर उड़ान नियंत्रण को पूरा करने के लिए एक्चुएटर को नियंत्रण कमांड आउटपुट करता है।
मानव मस्तिष्क के समान, उड़ान नियंत्रक एक बंद-लूप नियंत्रण लूप का गठन करता हैजो यूएवी की स्थिर और सुरक्षित उड़ान सुनिश्चित करने के लिए सबसे मूल हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर प्रणाली है.
3क्वाड्रोटर यूएवी के उड़ान सिद्धांत और नियंत्रण तर्क
3.1 समग्र संरचनात्मक संरचना
एक मानक क्वाड्रोटर यूएवी में चार कोर मॉड्यूल होते हैंः डिटेक्शन मॉड्यूल, कंट्रोल मॉड्यूल, एक्जीक्यूशन मॉड्यूल और पावर सप्लाई मॉड्यूल।धड़ एक हल्के और उच्च शक्ति कार्बन फाइबर पार सममित कठोर संरचना को अपनाता हैधड़ के चारों छोरों पर चार रोटर मोटर लगाए गए हैं, जो यूएवी के लिए सभी उड़ान शक्ति प्रदान करते हैं।
चार रोटरों की गति को समायोजित करके क्वाड्रोटर की उड़ान की स्थिति और स्थिति को पूरी तरह से नियंत्रित किया जाता है। रोटेशनल टॉर्क को ऑफसेट करने और धड़ के ऑटोरोटेशन को रोकने के लिए,आगे और पीछे के रोटर घड़ी के संकेत के अनुसार घूमते हैं, जबकि बाएं और दाएं रोटर विरोधी घड़ी की दिशा में घूमते हैं, फिसलने की स्थिति में पारस्परिक टॉर्क रद्दीकरण का एहसास करते हैं।
क्वाडरोटर यूएवी एक विशिष्टकम सक्रिय, दृढ़ता से जुड़ा हुआ गैर-रैखिक प्रणाली6 डिग्री की स्वतंत्रता के साथ आंदोलन आउटपुट रोटर गति के 4 समूहों द्वारा नियंत्रित किया जाता है।जो उड़ान नियंत्रण एल्गोरिदमों के वास्तविक समय के प्रदर्शन और सटीकता के लिए उच्च आवश्यकताएं रखता है.
3.2 पांच मूल उड़ान राज्य
उड़ना: चार रोटर एक ही गति से चलते हैं, कुल लिफ्ट यूएवी के गुरुत्वाकर्षण के साथ संतुलित होती है, और समग्र टॉर्क शून्य होता है, जिससे हवा में स्थिर स्थैतिक फिसलने का एहसास होता है।
ऊर्ध्वाधर गति: चारों रोटरों की गति को तुल्यकालिक रूप से बढ़ाएं या घटाएं। बढ़ी हुई कुल लिफ्ट ऊर्ध्वाधर चढ़ाई की अनुमति देती है, जबकि कम कुल लिफ्ट ऊर्ध्वाधर उतरने का कारण बनती है।
रोल मोशन: सामने और पीछे के रोटरों की गति को अपरिवर्तित रखें, एक लिफ्ट अंतर बनाने के लिए बाएं और दाएं रोटरों की गति को समायोजित करें, पार्श्व टॉर्क उत्पन्न करें,और शरीर के बाएं और दाएं झुकाव और अनुवाद का एहसास.
पिच गति: बाएं और दाएं रोटरों की गति अपरिवर्तित रखें, सामने और पीछे के रोटरों की गति को समायोजित करें ताकि आगे-पीछे लिफ्ट अंतर बन सके, और धड़ के आगे और पीछे की ओर झुकाव और उड़ान का एहसास हो सके।
यव गति: घुमावदार टोक़ संतुलन तोड़ने के लिए घड़ी के संकेत और घड़ी के संकेत के विपरीत रोटर समूहों के बीच गति अंतर समायोजित करें, धड़ के मध्य अक्ष के चारों ओर घूर्णन टोक़ उत्पन्न,और बाएं और दाएं विचलन रोटेशन का एहसास.
3.3 स्वायत्त उड़ान और स्थिर नियंत्रण तर्क
सटीक प्रक्षेपवक्र ट्रैकिंग यूएवी स्वायत्त उड़ान के लिए बुनियादी शर्त है। मजबूत युग्मन गतिशीलता, मॉडल पैरामीटर त्रुटियों और बाहरी हवा क्षेत्र हस्तक्षेप से प्रभावित,स्थिर रुख नियंत्रण सटीक प्रक्षेपवक्र नियंत्रण का प्राथमिक आधार है.
उड़ान नियंत्रण प्रणाली एकडबल लूप नेस्टेड नियंत्रण ढांचा: आंतरिक लूप तीन रुख कोणों (रोल, पिच, जाइ) के उच्च आवृत्ति स्थिर नियंत्रण को महसूस करता है, और बाहरी लूप निम्न आवृत्ति प्रक्षेपवक्र और स्थिति ट्रैकिंग को पूरा करता है।तेजी से प्रतिक्रिया करने वाला आंतरिक लूप बाहरी हस्तक्षेप और रवैया घबराहट को दबाता है, जबकि बाहरी लूप लंबी दूरी के सटीक मार्ग नेविगेशन का एहसास करता है।
जटिल पर्यावरणीय हस्तक्षेप और सेंसर शोर से निपटने के लिए, उड़ान नियंत्रण प्रणाली प्रणाली की मजबूती में सुधार के लिए गड़बड़ी पर्यवेक्षकों और अनुकूली मुआवजा एल्गोरिदम से सुसज्जित है।जटिल परिदृश्यों में निरंतर और स्थिर स्थिति ट्रैकिंग और प्रक्षेपवक्र निष्पादन सुनिश्चित करना.
4उड़ान नियंत्रण प्रणाली के मुख्य घटक और सेंसर कार्य
4.1 आईएमयू इंद्रधनुष माप इकाई (कोर एटिट्यूड परसेप्शन)
आईएमयू उड़ान नियंत्रण प्रणाली की सबसे बुनियादी सेंसर इकाई है, जिसमें एक 3-अक्षीय जिरोस्कोप, 3-अक्षीय त्वरणमापक, 3-अक्षीय भू-चुंबकीय सेंसर और बैरोमीटर शामिल हैं,पूर्ण आयामी गति अवस्था धारणा के लिए जिम्मेदार.
3-अक्ष गायरोस्कोपजिरोस्कोपिक प्रभाव के आधार पर, यह वास्तविक समय में एक्स, वाई और जेड अक्षों पर यूएवी की कोणीय गति को मापता है, रवैया परिवर्तन प्रवृत्तियों को कैप्चर करता है,और रुख स्थिरता सुधार के लिए मुख्य डेटा प्रदान करता है.
3-अक्ष त्वरक मापक: धड़ के तीन अक्षों के रैखिक त्वरण को समझता है, गति की स्थिति जैसे त्वरण, मंदी और स्थैतिक स्थिति का न्याय करता है, और स्थिति झुकाव कोण को हल करने में सहायता करता है।
भू-चुंबकीय सेंसर: इलेक्ट्रॉनिक कम्पास के समकक्ष, यह जड़ता सेंसरों की झुकने की समस्या को हल करने के लिए यूएवी के दिशा कोण को कैलिब्रेट करता है।
बारोमीटर: वायुमंडलीय दबाव परिवर्तनों को मापता है ताकि उच्च परिशुद्धता सापेक्ष ऊंचाई की स्थिति और निश्चित ऊंचाई की उड़ान को महसूस किया जा सके, जीपीएस ऊंचाई माप की कम सटीकता को पूरा किया जा सके।
आईएमयू उड़ान नियंत्रक के साथ 10 हर्ट्ज उच्च आवृत्ति बंद-लूप नियंत्रण लूप बनाता है,जो गतिशील रूप से वास्तविक समय में रुख के असंतुलन के कारण रोलओवर और दुर्घटना को रोकने के लिए रुख ऑफसेट की क्षतिपूर्ति करता है.
4.2 वायु गति सेंसर
वायु गति सेंसर स्थिर वायुमंडलीय दबाव और आने वाले हवा के दबाव के बीच दबाव अंतर का पता लगाकर वास्तविक समय में वायु गति की गणना करता है।यह यूएवी और हवा के बीच सापेक्ष गति को दर्शाता है, जो कि टेकऑफ लिफ्ट और स्थिर उड़ान का आकलन करने के लिए महत्वपूर्ण डेटा है, प्रभावी रूप से विपरीत हवा या टेलविंड हस्तक्षेप के कारण उड़ान विफलता से बचने के लिए।
4.3 जीपीएस/बीडौ पोजिशनिंग मॉड्यूल
उपग्रह त्रिपक्षीय पोजिशनिंग सिद्धांत के आधार पर, जीपीएस/बीडौ यूएवी की पूर्ण देशांतर, अक्षांश, जमीन की गति और ऊंचाई की जानकारी प्राप्त करता है।खुली और परिपक्व पोजिशनिंग प्रणाली खुले वातावरण में मीटर स्तर या यहां तक कि सब-मीटर स्तर की पोजिशनिंग सटीकता प्राप्त कर सकती है, जो मार्ग योजना, निश्चित बिंदु फ्लाइंग और घर वापसी उड़ान के लिए पूर्ण स्थिति संदर्भ प्रदान करता है।
जीपीएस इमारतों, पेड़ों और सुरंगों द्वारा अवरुद्ध होने के लिए अतिसंवेदनशील है, जिसके परिणामस्वरूप संकेत हानि और बहाव होता है, जो जटिल परिदृश्यों में यूएवी के उड़ने और दुर्घटनाग्रस्त होने के मुख्य कारणों में से एक है।
4.4 ग्राउंड स्टेशन और डेटा ट्रांसमिशन रेडियो
ग्राउंड स्टेशन मानव-कंप्यूटर बातचीत और यूएवी प्रणाली के कमांड शेड्यूलिंग टर्मिनल है। यह उड़ान मार्ग योजना, पैरामीटर सेटिंग,सहायक सॉफ्टवेयर के माध्यम से कार्य की तैनाती और वास्तविक समय में उड़ान स्थिति की निगरानी.
डेटा ट्रांसमिशन रेडियो ग्राउंड स्टेशन और यूएवी के बीच संचार पुल है। 433 मेगाहर्ट्ज जैसे मुख्यधारा के आवृत्ति बैंड को अपनाकर,इसमें मजबूत प्रवेश और लंबी संचरण दूरी है।यह उड़ान के दौरान वास्तविक समय में मार्ग संशोधन और आपातकालीन नियंत्रण का समर्थन करते हुए ग्राउंड कमांड और यूएवी उड़ान डेटा (ऊंचाई, गति, दृष्टिकोण, वोल्टेज) के दो-तरफा संचरण का एहसास करता है।
5आधुनिक बुद्धिमान उड़ान नियंत्रण प्रणाली के मुख्य कार्य
5.1 पूर्ण अवस्था सटीक धारणा
उड़ान नियंत्रण प्रणाली वास्तविक समय में 15 कोर उड़ान स्थिति मात्राओं की निगरानी कर सकती है, जिसमें 3 डी स्थिति, 3 डी गति, 3 डी त्वरण, 3-अक्ष कोण और 3-अक्ष कोणीय वेग शामिल हैं।मल्टी-सेंसर डेटा फ्यूजन के माध्यम से, यह आईएमयू, जीपीएस और बैरोमीटर जैसे एकल सेंसरों की त्रुटियों को समाप्त करता है, और उच्च विश्वसनीयता वाले उड़ान स्थिति डेटा आउटपुट करता है।
5.2 मल्टी-सेंसर एकीकृत नेविगेशन
आधुनिक उच्च अंत उड़ान नियंत्रण प्रणाली पारंपरिक जड़ता नेविगेशन और उपग्रह नेविगेशन के आधार पर दृश्य सेंसर और अल्ट्रासोनिक सेंसर का विस्तार करती है।गति माप और बाधा से बचने के लिए; अल्ट्रासोनिक उच्च परिशुद्धता कम ऊंचाई स्थिर ऊंचाई में सहायता करता है। रिडंडेंट आईएमयू और भू चुंबकीय प्रणाली स्वचालित रूप से सेंसर विफलता के मामले में काम कर चैनलों स्विच,उड़ान की विश्वसनीयता में काफी सुधारयह जीपीएस-मजबूत खुले दृश्यों और जीपीएस-हारे हुए इनडोर और आश्रित दृश्यों में स्थिर उड़ान के निर्बाध स्विचिंग का एहसास करता है।
5.3 उच्च स्थिरता वाला उड़ान नियंत्रण
अनुकूलित नियंत्रण एल्गोरिदम के साथ, उड़ान नियंत्रण प्रणाली में उच्च परिशुद्धता नियंत्रण क्षमताएं हैं जो फ्लाईओवर, कम गति क्रूज और उच्च गति उड़ान के लिए हैं।यह मजबूत विरोधी हस्तक्षेप और गलती सहिष्णुता हैयह चरम परिदृश्यों जैसे प्रोपेलर क्षति, बाहरी प्रभाव और अचानक भार परिवर्तन में तेजी से स्थिर स्थिति को पुनर्प्राप्त कर सकता है, जिससे उड़ान सुरक्षा में प्रभावी ढंग से सुधार होता है।
5.4 बुद्धिमान दोष निदान और प्रारंभिक चेतावनी
उड़ान नियंत्रण प्रणाली वास्तविक समय मापदंडों जैसे कि वोल्टेज, वर्तमान, तापमान, मोटर गति और कंपन की निगरानी करती है। गहरी सीखने और पैटर्न मान्यता एल्गोरिदम के आधार पर,यह आईएमयू बहाव जैसे संभावित दोषों के बुद्धिमान निदान का एहसास होता हैयह प्रारंभिक चेतावनी और आपातकालीन स्थिति सुरक्षा का समर्थन करता है, जिससे उड़ान दुर्घटनाओं की संभावना बहुत कम हो जाती है।
6. सारांश
यूएवी उड़ान नियंत्रण प्रणाली आईएमयू, उपग्रह पोजिशनिंग, वायु गति माप, संचार और अन्य मल्टी-सेंसर मॉड्यूल के सहयोगी कार्य पर निर्भर करती है।उच्च आवृत्ति बंद-लूप नियंत्रण और बहु स्रोत डेटा संलयन एल्गोरिदम के माध्यम से, यह मूड स्थिरता, निश्चित ऊंचाई पर मंडराना और प्रक्षेपवक्र ट्रैकिंग जैसे बुनियादी कार्यों के साथ-साथ रिडंडेंट नेविगेशन जैसे उन्नत बुद्धिमान कार्यों को भी महसूस करता है,हस्तक्षेप विरोधी उड़ान और गलती स्व-निदान.
उड़ान नियंत्रण संवेदन और नियंत्रण एल्गोरिदम का पुनरावृत्ति सरल मैनुअल उड़ान से पूरी तरह से स्वायत्त बुद्धिमान उड़ान में जाने के लिए यूएवी के लिए मुख्य प्रेरक शक्ति है,और हवाई फोटोग्राफी में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले यूएवी के लिए प्रमुख आधार है, सर्वेक्षण, मानचित्रण और औद्योगिक निरीक्षण के परिदृश्य।
आपका संदेश 20-3,000 अक्षरों के बीच होना चाहिए!
